Génétique d’une voie limitant la croissance racinaire d’Arabidopsis en réponse à la carence phosphatée – CHEMIGENA

Étant donné les problèmes environnementaux actuels et prévus, les conditions de la production agronomique sont amenées à changer dans un avenir proche. En particulier, les rendements des plantes cultivées devront satisfaire la demande tout en nécessitant moins d?engrais. Ainsi, leur production devra résister aux conditions néfastes de croissance résultant d?une réduction de la fertilisation. Sur la base de notre travail sur Arabidopsis, notre vision de l?effet de la carence minérale (phosphate) sur le développement des plantes a changé (Nature Genetics, 2007). La perception d?une carence phosphatée par la pointe racinaire semble déclencher une voie de signalisation aboutissant à un arrêt de croissance de la racine primaire avant même que l?activité métabolique ne soit diminuée. Notre connaissance de cette voie de signalisation est très rudimentaire et seulement quelques mutants ont été isolés. Jusqu?à aujourd?hui la puissance de la génétique classique a été très peu exploitée pour disséquer ce phénomène biologique tandis que la génétique chimique (« chemical genetics ») n?a pas encore été utilisée. Nous proposons de disséquer cette voie de transduction grâce à une combinaison de génétique classique et de génétique chimique. L?effet d?un milieu pauvre en phosphate sur l?architecture racinaire est connu chez les plantes cultivées depuis longtemps et depuis quelques années chez Arabidopsis. Notre modèle d?étude est la réponse de la racine primaire d?Arabidopsis thaliana à un milieu pauvre en phosphate ; modèle sur lequel notre laboratoire travaille depuis 5 ans. Notre projet comprend deux parties complémentaires et synergiques: la recherche et l?étude de mutants affectés dans cette réponse de la racine primaire, et la recherche de drogues (ainsi que leur cibles protéiques) interférant avec cette réponse. Partie 1) Après mutagenèse à l?EMS (ethylmethane sulfonate) ou aux rayons gamma de graines du type sauvage, nous isolerons des mutants dont la croissance racinaire in vitro est insensible à l?effet inhibiteur du milieu appauvri en Pi. L?analyse génétique et phénotypique de ces mutants permettra de définir les groupes de complémentation et de hiérarchiser les fonctions correspondantes. Les drogues identifiées dans la Partie 2 permettront de mieux caractériser ces mutants et ces fonctions. Deux locus particulièrement intéressants (mutations altérant spécifiquement la réponse au Pi, plusieurs allèles, une réponse altérée à une drogue, etc) seront choisis en vue d?identifier les gènes correspondants par clonage positionnel. La fonction des gènes isolés sera analysée. Parties 2) Nous criblerons une collection de plusieurs milliers de petites molécules organiques et bioactives (disponible au laboratoire sur plaques 96-puits) afin d?identifier celles qui stimulent la réponse, même en présence de Pi exogène (crible 1) et celles qui inhibent la réponse racinaire en condition de faible Pi (crible 2). Ces deux cribles primaires reposent sur deux critères de sélection: un gène rapporteur de la carence phosphatée et la croissance de la racine. Nous avons en fait déjà commencé les cribles et avons identifié quelques drogues (résultats non publiés). Nous testerons la spécificité d?action de ces différentes drogues vis-à-vis de la réponse au Pi grâce à des examens supplémentaires. Un test important pour analyser l?effet de ces drogues sera leur interférence éventuelle avec les mutations isolées dans la Partie 1. Toutes ces expériences permettront d?établir une hiérarchie des fonctions altérées par les mutations et par les drogues (épistasie, suppression, etc) et d?identifier d?éventuelles mutations d?hypersensibilité ou de résistance à une drogue. Dans le cas où aucun de ces mutants ne serait altéré dans la réponse à une drogue, nous en chercherions spécifiquement dans notre mutagenèse chimique. Comme pour la Partie 1, ces mutants seront analysés afin de définir les groupes de complémentation et groupes phénotypiques, en particulier, leur réponse au Pi. Deux locus seront choisis et les gènes correspondants seront isolés par clonage positionnel ; leur fonction sera étudiée, en particulier l?effet des drogues correspondantes. Ce projet repose largement sur divers aspects de la génétique d?Arabidopsis pour laquelle notre laboratoire a une expérience confirmée et sur la génétique chimique, une méthodologie innovante pas encore appliquées sur les plantes en France.